金属材料加工技术与装备制造

金属材料加工技术与装备制造TOC\o"1-2"\h\u28987第一章金属材料加工基础知识 1311421.1金属材料的分类 1287051.2金属材料的功能 2285251.3金属材料的预处理 221379第二章铸造技术 288982.1砂型铸造 277242.2特种铸造 27530第三章锻造技术 311313.1自由锻造 3137373.2模型锻造 329148第四章焊接技术 313894.1熔焊 326734.2压焊 313231第五章切削加工技术 4268225.1车削加工 4271365.2铣削加工 411265第六章热处理技术 4244176.1普通热处理 4147996.2表面热处理 527335第七章装备制造基础 5320697.1装备制造工艺基础 5253577.2装备制造的材料选择 529087第八章先进制造技术与装备 6325398.1数控加工技术 6628.2增材制造技术 6第一章金属材料加工基础知识1.1金属材料的分类金属材料的种类繁多，按照不同的标准可以进行多种分类。从化学成分上看，金属材料可以分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要包括铁、铬、锰以及它们的合金，如钢、生铁等。钢又可以根据碳含量的不同分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。有色金属则是指除黑色金属以外的其他金属，如铜、铝、锌、镁等，这些金属具有各自独特的功能和用途。另外，金属材料还可以按照用途进行分类，分为结构材料和功能材料。结构材料主要用于承受载荷，如建筑结构、机械零件等；功能材料则主要用于实现某种特殊功能，如磁性材料、超导材料等。1.2金属材料的功能金属材料的功能是选择和使用金属材料的重要依据。金属材料的功能主要包括力学功能、物理功能和化学功能。力学功能是指金属材料在受力作用下所表现出的功能，如强度、硬度、韧性、塑性等。强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力，硬度是指金属材料抵抗局部变形的能力，韧性是指金属材料在断裂前吸收能量的能力，塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。物理功能是指金属材料的物理特性，如密度、熔点、导热性、导电性等。化学功能是指金属材料在化学作用下所表现出的功能，如耐腐蚀性、抗氧化性等。1.3金属材料的预处理在进行金属材料加工之前，通常需要对金属材料进行预处理，以提高加工质量和效率。金属材料的预处理主要包括表面清理和预热处理。表面清理的目的是去除金属材料表面的油污、铁锈、氧化皮等杂质，以保证后续加工的质量。表面清理的方法主要有机械清理、化学清理和电化学清理等。预热处理的目的是改善金属材料的加工功能，减少加工过程中的变形和裂纹。预热处理的方法主要有退火、正火和淬火等。第二章铸造技术2.1砂型铸造砂型铸造是一种传统的铸造方法，也是目前应用最广泛的铸造方法之一。砂型铸造的基本过程是：根据零件的形状和尺寸制作模具；将型砂填入模具中，制成砂型；将熔融的金属液浇入砂型中，待金属液冷却凝固后，取出铸件。砂型铸造的优点是成本低、工艺简单、适应性强，可以生产各种形状和尺寸的铸件。但是砂型铸造的铸件精度较低，表面质量较差，需要进行后续的加工处理。2.2特种铸造特种铸造是指除砂型铸造以外的其他铸造方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。这些铸造方法各有特点，可以满足不同的生产需求。熔模铸造是一种精密铸造方法，它可以生产出形状复杂、精度高的铸件。金属型铸造的铸件精度和表面质量都比较高，但是成本较高。压力铸造可以生产出薄壁、形状复杂的铸件，生产效率高，但是设备投资大。离心铸造适用于生产管状、环形等轴对称的铸件，铸件的组织致密，力学功能好。第三章锻造技术3.1自由锻造自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧块之间产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的加工方法。自由锻造的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转等。镦粗是使坯料高度减小、横截面积增大的锻造工序；拔长是使坯料横截面积减小、长度增加的锻造工序；冲孔是在坯料上冲出通孔或盲孔的锻造工序；弯曲是使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序；扭转是使坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的锻造工序。自由锻造的优点是工艺灵活性大，工具简单，通用性强，适合单件小批量生产。3.2模型锻造模型锻造是在专用的模锻设备上，利用模具使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，从而获得锻件的加工方法。模型锻造根据设备的不同，可以分为锤上模锻、压力机上模锻和胎模锻等。模型锻造的优点是生产效率高，锻件精度高，表面质量好，材料利用率高。但是模型锻造的模具成本高，只适合大批量生产。第四章焊接技术4.1熔焊熔焊是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化焊件和焊条，形成焊缝的焊接方法。电弧焊设备简单，操作方便，应用广泛。气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧产生的火焰来加热焊件和填充金属，实现焊接的方法。气焊火焰温度较低，适用于薄板和小型焊件的焊接。电渣焊是利用电流通过熔渣产生的电阻热将焊件接头熔化，然后冷却结晶形成焊缝的焊接方法。电渣焊适用于大厚度焊件的焊接。4.2压焊压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。常见的压焊方法有电阻焊、摩擦焊、扩散焊等。电阻焊是利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，将焊件加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加压力实现焊接的方法。电阻焊生产率高，焊接质量好，适用于大批量生产。摩擦焊是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其附近区域达到热塑性状态，然后迅速顶锻而完成焊接的方法。摩擦焊焊接质量高，能焊接异种金属，适用于圆形截面的焊件。扩散焊是在高温和压力的作用下，使焊件接触面的原子相互扩散，形成牢固的接头的焊接方法。扩散焊接头质量高，适用于高温、高压工作条件下的焊件。第五章切削加工技术5.1车削加工车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来改变毛坯的形状和尺寸，将其加工成符合要求的零件的一种切削加工方法。车削加工的主要内容包括车外圆、车端面、车圆锥面、车螺纹、车成形面等。车外圆是车削加工中最基本的操作，通过调整刀具的位置和切削参数，可以车削出不同直径的外圆表面。车端面是用于加工工件的端面，使其达到规定的尺寸和表面粗糙度要求。车圆锥面可以通过转动小滑板、偏移尾座或使用靠模等方法来实现。车螺纹是利用螺纹车刀在工件上加工出螺纹的过程，根据螺纹的类型和精度要求，选择合适的螺纹车刀和切削参数。车成形面则是根据零件的形状要求，使用成形刀具或靠模装置来加工出各种复杂的成形表面。5.2铣削加工铣削加工是在铣床上利用铣刀的旋转运动和工件的直线或旋转运动来加工工件的一种切削加工方法。铣削加工的范围很广，可以加工平面、台阶、沟槽、成形面等。铣平面是铣削加工中最常见的操作，根据工件的形状和尺寸，可以选择不同类型的铣刀和铣削方式。铣台阶和沟槽时，需要根据台阶和沟槽的尺寸和形状选择合适的铣刀，并合理安排切削参数。铣成形面时，可以使用成形铣刀或通过数控编程来实现复杂形状的加工。铣削加工还可以进行钻孔、镗孔等操作，进一步扩大了其加工范围。第六章热处理技术6.1普通热处理普通热处理包括退火、正火、淬火和回火。退火是将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的是降低钢的硬度，改善切削加工功能，消除残余应力，为后续的热处理做好组织准备。正火是将钢加热到奥氏体化温度后，在空气中冷却的热处理工艺。正火的作用与退火相似，但冷却速度较快，得到的组织比退火的组织细，强度和硬度也较高。淬火是将钢加热到奥氏体化温度后，快速冷却的热处理工艺。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性，但淬火后钢的脆性增加，需要进行回火处理。回火是将淬火后的钢加热到一定温度，保温一定时间，然后冷却的热处理工艺。回火的目的是消除淬火产生的内应力，降低脆性，调整钢的功能。6.2表面热处理表面热处理是只对工件表面进行加热、冷却而改变其表面功能的热处理工艺。表面热处理主要包括表面淬火和化学热处理。表面淬火是通过快速加热工件表面，使其达到淬火温度，然后迅速冷却，使表面获得高硬度的马氏体组织，而心部仍保持原来的组织状态。表面淬火可以提高工件的表面硬度和耐磨性，同时保持心部的韧性。化学热处理是将工件置于一定的活性介质中加热、保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，从而改变工件表层的化学成分和组织，以获得所需功能的热处理工艺。化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等，这些方法可以提高工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等功能。第七章装备制造基础7.1装备制造工艺基础装备制造工艺是指将原材料或半成品加工成产品的过程和方法。装备制造工艺包括铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等多种工艺方法。这些工艺方法相互配合，共同完成装备的制造。在装备制造过程中，需要根据产品的要求和特点，选择合适的工艺方法和工艺参数，以保证产品的质量和功能。同时还需要不断改进和优化工艺过程，提高生产效率，降低成本。装备制造工艺的发展趋势是向高精度、高效率、自动化、智能化方向发展。7.2装备制造的材料选择装备制造的材料选择是非常重要的，它直接影响到装备的质量、功能和成本。在选择材料时，需要考虑材料的力学功能、物理功能、化学功能、工艺功能等因素。同时还需要考虑材料的供应情况、价格、环保等因素。对于不同的装备和零部件，需要选择不同的材料。例如，对于承受重载的零部件，需要选择强度高、韧性好的材料；对于耐腐蚀的零部件，需要选择耐腐蚀功能好的材料；对于需要轻量化的装备，需要选择密度小、强度高的材料。在实际生产中，需要根据具体情况进行综合考虑，选择最合适的材料。第八章先进制造技术与装备8.1数控加工技术数控加工技术是一种利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的方法。它是现代制造业的重要组成部分，具有高精度、高效率、高自动化程度等优点。数控加工技术的核心是数控系统，它通过计算机数字控制装置对机床的运动和加工过程进行精确控制。数控加工技术可以实现复杂形状零件的加工，提高加工精度和表面质量，缩短生产周期，降低生产成本。在数控加工中，编程是关键环节，编程人员需要根据零件的图纸和工艺要求，编写加工程序，将其输入到数控系统中，